Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ JOACHIMIAK
ZBZIKOWANY ARCHITEKT
Wiedza i Życie nr 10/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 10/1997

CZYŻBY ŻYWY ORGANIZM - BĘDĄCY ZESPOŁEM ZNAKOMICIE WSPÓŁPRACUJĄCYCH ZE SOBĄ ELEMENTÓW - W RZECZYWISTOŚCI BYŁ JEDYNIE ZLEPKIEM PASOŻYTÓW DBAJĄCYCH WYŁĄCZNIE O WŁASNE INTERESY? CHOĆ TEZA TA WYDAJE SIĘ ABSURDALNA, ZOSTAŁA JEDNAK SFORMUŁOWANA DWADZIEŚCIA LAT TEMU PRZEZ TWÓRCĘ TEORII SAMOLUBNYCH GENÓW - RICHARDA DAWKINSA.

Pasożytnictwo kojarzy się zazwyczaj z inwazją, a nie z czymś, co stanowi integralną składową organizmu. Skłonni jesteśmy bowiem uważać organizm za zespół zgodnie współpracujących ze sobą podjednostek, realizujących wspólny cel - a jest nim przetrwanie i wytworzenie jak największej liczby podobnych, sprawnie działających organizmów. O tym jednak, że pewne składniki żywych komórek mogą stanowić specyficzny typ "pasożytów" wykorzystujących maszynerię komórkową do swoich własnych, samolubnych celów, w ostatnich latach mówi się coraz więcej. Okazuje się, że niektóre elementy komórki mogą po pewnych przekształceniach bądź w określonych warunkach ujawniać swoją "drugą naturę" i funkcjonować jako odrębne, służące jedynie własnemu powielaniu, twory. Należą do nich specyficzne białka (priony), a także różnorodne sekwencje kwasów nukleinowych. Te ostatnie zasługują na szczególną uwagę, ponieważ stanowią materiał dziedziczny komórek i potrafią nie tylko powielać się, ale i zmieniać, a więc ewoluować.

Wszelkie cechy układów żywych (ich fenotypy) stanowią realizację pewnego odziedziczonego po rodzicach ogólnego planu budowy, zawartego w ich genach (genotypach). Przypuszczenie, że genotypy - testowane przez miliony lat w procesie doboru naturalnego pod kątem sprawności warunkowanych przez nie fenotypów, zawierać mogą jakieś istotne, nieusuwalne skazy funkcjonalne - wydaje się niedorzeczne. Trudno więc pogodzić się z twierdzeniem, że same rządzące funkcjonowaniem komórek geny są pasożytami realizującymi jedynie własne, samolubne cele. Tezę taką sformułował angielski zoolog i ewolucjonista w swojej szeroko komentowanej książce Samolubny gen.*

Zamieszanie, jakie wywołała teoria samolubnych genów, wynika stąd, że Dawkins postawił "na głowie" tradycyjne wyobrażenie o zależności między fenotypem a genotypem. Większość biologów sądzi bowiem, że genotyp pozostaje "na usługach" fenotypu w takim samym sensie, w jakim plan budowy domu pełni jedynie podrzędną rolę wobec jego materialnej realizacji. Można sobie jednak wyobrazić, że dla jakiegoś zbzikowanego architekta nadrzędnym celem stanie się nieustanne doskonalenie samych projektów. Wówczas praktyczna realizacja kolejnych pomysłów będzie tylko sposobem na uzyskanie środków niezbędnych do wykonywania ulubionego zajęcia. Jeśli nowe domy spodobają się zleceniodawcom i pozostaną w zgodzie z podstawowymi wymaganiami funkcjonalności, swojej pasji będzie mógł oddawać się przez całe życie. Zbzikowany architekt musi tylko pamiętać, by jego projekty były możliwe do zrealizowania i spełniały podstawowe warunki bezpieczeństwa.

W zapisie genowym, jak w projekcie architekta, zawarte są wszystkie szczegóły budowy powstającego organizmu

Powyższa analogia pokazuje, że dla ostatecznego efektu nieważne jest, jaki pogląd na znaczenie projektu mają obie strony. W końcu powstają jakieś domy i jakiś architekt ma możliwość tworzenia swoich planów. Wiadomo, że projekt jest absolutnie niezbędny do tego, aby zbudować dom, a on sam musi spełniać określone warunki. Dopóki Dawkins nie sformułował teorii samolubnych genów, biologowie uznawali za oczywiste, iż plan jest sposobem realizacji takiego celu. I tak też pojmowali zależności między genotypem a fenotypem oraz procesy ewolucji organizmów żywych, co wydaje się dość rozsądne.

Dawkins natomiast opowiedział się za zbzikowanym architektem. I miał do tego prawo. Jego poglądowi nie można zarzucić nielogiczności, brak też danych, które by sprawę rozstrzygnęły na jego niekorzyść. Prawdą jest, że choć życie na naszej planecie utrzymuje się nieprzerwanie od blisko 4 mld lat, to jego konkretne przejawy w postaci różnych, mniej lub bardziej wyszukanych, form są zaskakująco nietrwałe i przemijające. Prawdą jest też, że nie da się tego powiedzieć o genach - zachowują one zastanawiającą ciągłość w czasie, trwając w postaci niezliczonych, ukrytych we wnętrzu komórek kopii, podlegających jednak różnorodnym przemianom strukturalnym.

Skoro ewolucji nie możemy odnosić bezpośrednio do konkretnych, realnie istniejących, lecz nietrwałych osobników (konkretne osobniki przecież nie ewoluują), zmuszeni jesteśmy ewolucję przypisywać innym, znacznie trwalszym, ale i bardziej abstrakcyjnym tworom: organizmom żywym w ogóle (cokolwiek byśmy pod tym pojęciem rozumieli), gatunkom (które trudno nawet zdefiniować) lub wyższym jednostkom systematycznym (co do realnego istnienia których można zgłaszać wiele zastrzeżeń). Rozwiązanie precyzyjniejsze, wskazujące na populację jako podstawowy podmiot ewolucji (jak czyni to syntetyczna teoria ewolucji), skażone jest także wieloma nieścisłościami. Pojęcie populacji, jako ogółu osobników danego gatunku zamieszkujących konkretny obszar, jest bowiem wyjątkowo nieostre i płynne. Najczęściej nie tylko trudno precyzyjnie określić ów "obszar" - trudność wynika też z tego, że definicja populacji odwołuje się do definicji gatunku, która jest również abstrakcją. Zdając sobie sprawę, iż każda populacja składa się z pewnej liczby przemijających, "wymienialnych" osobników, twórcy syntetycznej teorii ewolucji odwołali się do czegoś bardziej trwałego, stanowiącego niezbywalną podstawę każdej populacji, a mianowicie do jej puli genowej, tj. wszystkich genów, występujących w obrębie danej populacji. Uznali, że zjawiska ewolucyjne definiować można w kategoriach zmian w puli genowej, obserwując jak waha się w czasie częstość występowania obecnych w niej genów. Podejście takie okazało się niezwykle płodne i inspirujące badawczo. Ukształtowało ono współczesne oblicze biologii i rozjaśniło wiele spraw, dotyczących na przykład mechanizmów specjacji (powstawania nowych gatunków).

Pula genowa jako taka nie jest jednak czymś bardziej konkretnym niż populacja. Poza tym, ze względu na wielką liczbę budujących ją elementów, nie sposób w całości objąć jej badaniami. Na szczęście, pula genowa składa się z odrębnych, ostro odgraniczonych i, co najważniejsze, przekazywanych z pokolenia na pokolenie jednostek - genów, których częstość występowania, budowę, funkcjonowanie i wzajemne relacje można badać eksperymentalnie metodami pośrednimi (analiza cech fenotypowych, sekwencjonowanie białek) lub bezpośrednimi (sekwencjonowanie DNA). Trwałe, choć zmieniające się w czasie, geny tworzą nietrwałe asocjacje (genotypy poszczególnych osobników) i ulegają nieustannemu "tasowaniu". Stąd już tylko krok do przekonania, że
to właśnie geny stanowią właści-
wy, konkretny podmiot ewolucji. W tym ujęciu ewolucja biologiczna polegałaby na zmianach w budowie poszczególnych genów bądź ich częstości występowania w puli genowej.

Ryc. Julian Bohdanowicz

I to właśnie mówi Dawkins. Jego zdaniem, potencjalnie nieśmiertelne geny, stanowiące właściwy podmiot ewolucji, realizują własne, samolubne cele. Organizmy, będące przejawem ich działania, nie są niczym innym, jak tylko "opakowaniami", bez reszty podporządkowanymi ich interesom. Na czym miałyby polegać owe "interesy"? Tylko na jednym - na nieustannym mnożeniu się, na wiecznym "przelewaniu się" z jednego, zużywającego się szybko futerału do drugiego - nowszego i sprawniejszego. Interes organizmu jako całości, a nawet genotypu jako chwilowej asocjacji wielu genów, nie istnieje, a jeśli nawet, to ma trzeciorzędne, nieistotne z punktu widzenia ewolucji, znaczenie. Najważniejszy jest bowiem międzypokoleniowy transfer konkretnych genów, realizujący się w procesie rozmnażania. Ponieważ geny nie mogą egzystować poza organizmem, każdy gen, aby odnieść sukces ewolucyjny, musi tak manipulować swoim opakowaniem, aby mogło ono przetrwać jakiś czas oraz wyprodukować jak największą liczbę sprawnie funkcjonujących w środowisku nowych opakowań. Według Dawkinsa, wszelkie funkcje organizmów żywych, łącznie z ich zachowaniami, stanowią jedynie realizację tego jednego celu - nieustannego powielania i transferu rezydujących w ich komórkach sekwencji DNA. Wszelkie, najbardziej nawet okrutne lub pozornie bezsensowne zjawiska biologiczne - cierpienie, starzenie się, śmierć - można zrozumieć, jeśli, jak pisze Dawkins, rozpatruje się dobór naturalny z perspektywy genów, a nie tylko przeżycia i rozmnażania osobników.

Koncepcja Dawkinsa ma wielu zaciekłych wrogów, ale i nie brak jej gorących zwolenników. Przy całej swej jednostronności jest całkiem logiczna i elegancka. Co najważniejsze zaś, nie jest sprzeczna z większością znanych nam obecnie zjawisk biologicznych. W ostateczności można ją więc traktować jako dopuszczalny, choć na pewno nie jedyny, sposób interpretacji ewolucji biologicznej. Równie dobrze przecież można by przyjąć, że DNA i zawarte w nim geny stanowią sposób, w jaki nietrwałe, "samolubne" białka zapewniły sobie przetrwanie i powielanie.

Najważniejsze jednak jest to, że sugestywna koncepcja Dawkinsa uczyniła duży wyłom w traktowaniu genotypu jako struktury zawierającej jedynie korzystne dla funkcjonowania fenotypu elementy. Obecnie znaczna część biologów skłonna jest uznać, że relacje między genotypem a fenotypem są bardziej zawikłane, a co najważniejsze, że wiele elementów genomu (ale nie wszystkie!) egzystuje w jego obrębie jedynie dzięki temu, że potrafi wykorzystywać aparat replikacyjny komórki do własnych, samolubnych celów. Są wśród nich zapewne i niektóre geny kodujące konkretne białka, ale głównie chodzi o sekwencje niekodujące, a więc najczęściej nie wpływające w widoczny sposób na cechy fenotypu. Brak efektów fenotypowych powoduje, że mogą one pozostawać nie dostrzegane przez dobór, a więc ewoluować i rozprzestrzeniać się poza jego zasięgiem. Ukrywają się pośród innych, pełniących ważne funkcje fragmentów genomu i przenoszą wraz z nimi z pokolenia na pokolenie. Są więc mistrzami kamuflażu.

Determinacja płci u Nasonia vitripennis. 1, 3 - rozwój potomstwa po zapłodnieniu jaja przez plemnik, 2 - dzieworodny rozwój komórki jajowej.
Część schematu oznaczona cyframi 1 i 2 przedstawia normalny, i typowy także dla innych błonkówek, haplo-diploidalny sposób determinacji płci

O ile samolubny charakter przydatnych dla organizmu, kodujących jego elementy strukturalne i regulacyjne, genów pozostaje kwestią interpretacji, o tyle pasożytnicza natura niektórych (najczęściej niekodujących) sekwencji DNA występujących w obrębie genomu wydaje się dowiedziona. Sens biologiczny tego zjawiska nie jest do końca poznany, ale przypuszcza się, że może mieć ono pewne znaczenie ewolucyjne.

Gromadzenie się niekodujących frakcji DNA w genomie eukariotycznym, stanowiących po części przynajmniej wynik wzrostu liczby pasożytniczych sekwencji, odpowiadać może za zwiększenie ogólnej ilości DNA w jądrze. Ilość DNA natomiast, niezależnie od jego zawartości informacyjnej, wpływa na wiele istotnych właściwości organizmu, takich jak wielkość komórek, długość cyklu komórkowego, a co za tym idzie także na tempo procesów rozwojowych. Taki wpływ samej ilości jądrowego DNA na fenotyp nosi miano efektu nukleotypowego. Może odgrywać on rolę w ewolucji różnych grup zwierząt i roślin.

Nie pełniące aktualnie żadnej ważnej funkcji sekwencje stanowią też potencjalne źródło nowych genów i sekwencji regulatorowych. Mogą bowiem na skutek różnych mutacji przekształcać się w zupełnie nowe, funkcjonalne elementy. Proces "udomowiania" pasożytów jądrowych stanowić więc może ważny mechanizm ewolucyjny, prowadzący w dłuższej perspektywie do nieustannego wzbogacania puli genowej i doskonalenia procesów regulacyjnych w jej obrębie. Obok postulowanego już dość dawno, bo w 1970 roku, przez Susumu Ohno procesu duplikacji (tj. podwojenia niektórych istniejących już w genomie genów) byłoby to drugie źródło nowych, funkcjonalnych sekwencji nukleotydowych w ewolucji. Podobnie można spojrzeć na pasożytnicze B-chromosomy. Wystarczy, aby na skutek rekombinacji lub mutacji zostały wyposażone w geny kodujące białka, a ich znaczenie dla "goszczących" je komórek zupełnie się zmieni.

Jak widać, na skomplikowane i nie w pełni poznane procesy ewolucyjne spoglądać można nie tylko oczami zbzikowanego architekta. Równie uprawnione jest spojrzenie wytrwałego hodowcy. Wybór należy do nas.

* Richard Dawkins: Samolubny gen. Wyd. Prószyński i S-ka, Warszawa 1996.

Dr hab. ANDRZEJ JOACHIMIAK pracuje w Zakładzie Cytologii i Embriologii Roślin Instytutu Botaniki Uniwersytetu Jagiellońskiego.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(05/97) SKAZANI NA STAROŚĆ
(06/97) NASZ CZTERDZESTY SIÓDMY